微機(jī)原理及接口技術(shù)第9章

1、第九章第九章串行通信與串行接口串行通信與串行接口 【本章重點(diǎn)】【本章重點(diǎn)】 本章重點(diǎn)介紹有關(guān)串行通信的基本概本章重點(diǎn)介紹有關(guān)串行通信的基本概念和串行通信接口的工作原理，并且進(jìn)一念和串行通信接口的工作原理，并且進(jìn)一步介紹了可編程通信接口步介紹了可編程通信接口Intel8251AIntel8251A的結(jié)的結(jié)構(gòu)、特性、引腳及應(yīng)用。構(gòu)、特性、引腳及應(yīng)用?！颈菊码y點(diǎn)】【本章難點(diǎn)】 本章難點(diǎn)在于對(duì)可編程串行接口芯片本章難點(diǎn)在于對(duì)可編程串行接口芯片8251A8251A的特性、初始化和應(yīng)用的掌握。的特性、初始化和應(yīng)用的掌握。9.1 串行通信與串行接口基礎(chǔ)串行通信與串行接口基礎(chǔ) 9.1.1 串行通信 串行通信是

2、指數(shù)據(jù)一位接一位的順序傳送，與并行通信相比它所需的傳輸線少，傳送距離遠(yuǎn)，而且可以利用現(xiàn)有的通信線路。 9.1.2 串行接口 1.串行接口的輸入過(guò)程 （1）數(shù)據(jù)通過(guò)串行數(shù)據(jù)輸入端輸入，串行接口接收到外設(shè)的串行數(shù)據(jù)后，通過(guò)控制寄存器和串行輸入/并行輸出移位寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，同時(shí)送入數(shù)據(jù)輸入寄存器暫存。 圖91 典型串行接口電路框圖 1.串行接口的輸入過(guò)程 （1）數(shù)據(jù)通過(guò)串行數(shù)據(jù)輸入端輸入，串行接口接收到外設(shè)的串行數(shù)據(jù)后，通過(guò)控制寄存器和串行輸入/并行輸出移位寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，同時(shí)送入數(shù)據(jù)輸入寄存器暫存。 （2）接口向CPU發(fā)輸入請(qǐng)求或CPU查詢輸入請(qǐng)求的狀態(tài)允許后，CPU向接口發(fā)送讀命令，

3、通過(guò)控制邏輯讀取數(shù)據(jù)輸入寄存器中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送到CPU內(nèi)部寄存器后，完成一次串行輸入。 2.串行接口的輸出過(guò)程 （1）CPU向并行接口輸出并行數(shù)據(jù)，當(dāng)串行接口收到后，暫存至數(shù)據(jù)輸出寄存器中。 （2）通過(guò)控制寄存器和并行輸入/串行輸出移位寄存器變換為串行數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送串行數(shù)據(jù)端發(fā)送數(shù)據(jù)。外設(shè)收到此數(shù)據(jù)后完成一次串行輸出。9.1.3 串行通信線路的工作方式 單工方式2. 半雙工方式1. 3. 全雙工方式圖92 串行通信的連接方式 9.1.4 串行通信的數(shù)據(jù)收發(fā)方式 在串行通信中有兩種基本的通信方式：即異步通信ASYNC和同步通信SYNC。 1. 串行異步通信ASYNC 通信的雙方進(jìn)行異步串行通信

4、時(shí)必須遵守異步串行通信控制規(guī)程，也稱異步通信協(xié)議，他的特點(diǎn)是通信雙方以一個(gè)字符（包括特定附加位）作為數(shù)據(jù)傳輸單位。圖9.3是異步通信時(shí)一個(gè)字符的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。圖93 異步通信的數(shù)據(jù)格式2. 串行同步通信SYNC 串行同步通信是靠同步字符來(lái)完成收發(fā)雙方同步的，與異步通信相比一個(gè)顯著的特點(diǎn)是同步通信方式所用的數(shù)據(jù)格式?jīng)]有起始位和停止位，一次傳送的字符個(gè)數(shù)是可變的，但字符與字符間不允許有空隙。它的傳輸格式如圖94所示。圖94 同步通信數(shù)據(jù)格式 9.1.5 RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)串行接口標(biāo)準(zhǔn) 1.RS-232C接口概述 RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)在1969年公布的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于串行通信

5、中，是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間（或數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間）、計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器之間（或數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間）的串行二進(jìn)制交換的標(biāo)準(zhǔn)接口。 調(diào)制解調(diào)器（MODEM）是調(diào)制器和解調(diào)器的總稱。圖9-5 RS-232C電平和TTL電平的轉(zhuǎn)換示意圖2控制信號(hào)的定義 RS-232C接口采用D型25針連接器，而微機(jī)中的兩個(gè)串行接口COM1和COM2，使用的是D型9針連接器（9針引腳為IBM公司對(duì)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的縮減，且符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)）。表9-1給出了計(jì)算機(jī)通信中常用的RS-232C信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的引腳定義。RTS25針引腳號(hào)9針引腳號(hào)名稱傳送方向表示方法功能23發(fā)送數(shù)據(jù)輸出TXD數(shù)據(jù)送到調(diào)制解調(diào)器32接

6、收數(shù)據(jù)輸入RXD從調(diào)制解調(diào)器接收數(shù)據(jù)47請(qǐng)求發(fā)送輸出半雙工時(shí)控制發(fā)送器的開(kāi)關(guān)58允許發(fā)送輸入調(diào)制解調(diào)器準(zhǔn)備就緒66數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好輸入調(diào)制解調(diào)器進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)75信號(hào)地信號(hào)公共地GND接地81載波檢測(cè)輸入DCD調(diào)制解調(diào)器準(zhǔn)備接收另一端的信號(hào)204數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好輸出調(diào)制解調(diào)器準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)229振鈴指示輸入RI測(cè)試到響鈴信號(hào)CTSDSRDTR表91 計(jì)算機(jī)串行通信中RS-232C信號(hào)的引腳定義9.2 可編程串行接口可編程串行接口Intel8251A 9.2.1 8251A芯片外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 Intel8251A芯片外部引腳圖9-6 8251A芯片引腳 （1）8251A與C P U相連 的

7、引 腳（如圖控制線和數(shù)據(jù)線） （2）與外部設(shè)備/調(diào)制解調(diào)器連接的引腳(如圖外設(shè)/調(diào)制解調(diào)器控制部分)2. 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8251A內(nèi)部由5個(gè)主要部分組成：接收器、發(fā)送器、調(diào)制解調(diào)控制、讀/寫控制和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線緩沖器。 圖9-7 8251A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)總線緩沖器 數(shù)據(jù)總線緩沖器是CPU與8251A之間交換信息的通道。包括三個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，即狀態(tài)緩沖器、接收數(shù)據(jù)緩沖器和發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器。接收器 8251A的接收器包括接收緩沖器和接收控制電路。串行數(shù)據(jù)通過(guò)RXD引腳輸入，并按規(guī)定的格式把它轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放到數(shù)據(jù)總線緩沖器中。 發(fā)送器 8251A的發(fā)送器包括發(fā)送緩沖器和發(fā)送控制電路

8、， CPU輸出的并行數(shù)據(jù)，通過(guò)規(guī)定的格式各式轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，從TXD引腳輸出。 調(diào)制控制 調(diào)制控制實(shí)現(xiàn)對(duì)MODEM的控制， 8255A實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端要經(jīng)過(guò)調(diào)制器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，而數(shù)據(jù)接收端收到的是經(jīng)過(guò)解調(diào)器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)。讀寫控制邏輯 用來(lái)控制整個(gè)8251A芯片的工作過(guò)程，以完成對(duì)數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。9.2.2 8251A的控制字 8251A的控制字命令包括：方式選擇命令字和工作命令字（CPU發(fā)來(lái)的控制命令）；工作狀態(tài)字（向CPU送去的控制命令）。1.方式選擇命令字圖9-8 8251A的通信方式選擇命令字格式 2. 工作命令字 圖9-9 8251A的

9、工作命令字 3. 工作狀態(tài)字 8251A工作過(guò)程中執(zhí)行命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)字放在狀態(tài)寄存器中，CPU通過(guò)IN指令讀控制/狀態(tài)口操作工作狀態(tài)字。圖9-10 8251A的工作狀態(tài)字9.3 8251A初始化編程及應(yīng)用舉例初始化編程及應(yīng)用舉例 9.3.1 8251A的初始化編程1.初始化編程步驟 步驟一:8251A系統(tǒng)復(fù)位后，用OUT指令寫入控制/狀態(tài)端口方式選擇命令字。規(guī)定雙方的通信方式（同步/異步），數(shù)據(jù)格式（數(shù)據(jù)位和停止位長(zhǎng)度、校驗(yàn)特征、同步字符特征）及傳輸速率（波特率系數(shù)）等參數(shù)。 步驟二：如果8251A工作在同步方式，應(yīng)由CPU執(zhí)行OUT指令向控制/狀態(tài)端口寫入規(guī)定的1個(gè)或2個(gè)字節(jié)的同

10、步字符。 步驟三：不論同步方式還是異步方式（復(fù)位命令除外），均再由CPU執(zhí)行OUT指令向控制/狀態(tài)端口再寫入工作命令字，控制8251A允許發(fā)送/接收或復(fù)位。 步驟四：CPU就可通過(guò)查詢8251A的工作狀態(tài)字內(nèi)容或采用中斷方式，進(jìn)行正常的串行通信發(fā)送/接收工作。 8251A初始化編程的操作過(guò)程可用流程圖來(lái)描述，如圖初始化編程的操作過(guò)程可用流程圖來(lái)描述，如圖9-11所示。所示。圖9-11 8251A初始化流程圖2初始化編程舉例 【例91】8251A芯片工作在異步方式下，波特率系數(shù)為64，字符長(zhǎng)度為8位，奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，清除出錯(cuò)標(biāo)志位、請(qǐng)求發(fā)送、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，接受允許、發(fā)送允許、內(nèi)部不用復(fù)位。設(shè)

11、8251A的數(shù)據(jù)和控制/狀態(tài)兩個(gè)端口地址分別為020H和021H。 初始化程序如下： MOVAL，01011111B OUT021H，AL；設(shè)置方式選擇命令字MOVAL，00110111B OUT021H，AL；設(shè)置工作命令字 【例92】8251A芯片工作在同步方式下，一個(gè)同步字符（外同步）、偶校驗(yàn)、字符長(zhǎng)度8位，清除出錯(cuò)標(biāo)志，允許發(fā)送和接收、使CPU已準(zhǔn)備好且請(qǐng)求發(fā)送，要求內(nèi)部復(fù)位，啟動(dòng)搜索同步字符，設(shè)同步字符為0CCH，8251A端口地址同上例。 初始化程序段如下：MOVAL，01000000H OUT021H，AL；復(fù)位8251AMOVAL，11111100B OUT021H，AL；設(shè)置

12、方式選擇命令字MOVAL，0CCH OUT021H，AL；寫入同步字符MOVAL，10110111B OUT021H，AL；設(shè)置工作命令字9.3.2 8251A應(yīng)用舉例 利用8251A和RS232C實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)微機(jī)之間的雙機(jī)串行通信的結(jié)構(gòu)框圖如圖9-12所示，這種雙機(jī)通信在實(shí)際中應(yīng)用得非常廣泛。試編寫完整的程序完成利用8251A雙機(jī)通信將一組數(shù)據(jù)從發(fā)送機(jī)傳送到接收機(jī)。(要求通過(guò)發(fā)送器A把數(shù)據(jù)09傳送到接收機(jī)B中，采用異步方式，字符長(zhǎng)度為8位，波特系數(shù)為16，偶校驗(yàn)，一位停止位)圖9-12 8251A雙機(jī)通訊結(jié)構(gòu)框 初始化程序由初始化發(fā)送器A和初始化接收器B兩部分組成。使用查詢方式，雙方采用半雙工通

13、信，所以發(fā)送器A的初始化程序中CPU每查詢到TXRDY有效（高電平），便向8251A并行輸出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；接收器B的初始化程序中 CPU每查詢到RXRDY有效（高電平），則從8251A并行輸入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 設(shè)8251A端口地址為0FF80H、0FF81H，具體程序如下 ：STACKSEGMENTSTACK DW64 DUP(?) STACKENDS DATASEGMENT DATAXDB0123456789 DATAENDS CODESEGMENT ASSUMECS：CODE , DS : DATA , SS : STACK START：MOVAX，STACK；段寄存器的裝入 MOVSS，A

14、X MOVAX，DATA MOVDS，AX LEASI， DATAX；設(shè)置發(fā)送區(qū)的首址1.發(fā)送器A的初始化程序 MOVDX，0FF81H；8251A控制器端口地址 MOVAL，00H OUTDX，AL；輸出空操作 MOVAL，40H OUTDX，AL；8251A內(nèi)部復(fù)位 NOP ；空操作 NOP MOV AL，7EH；定義發(fā)送器為異步方式，8位數(shù)據(jù)， OUTDX，AL；波特系數(shù)為16，偶校驗(yàn)，1位停止位 MOVAL，11H；允許發(fā)送，清除錯(cuò)誤標(biāo)志 OUTDX，AL；設(shè)置計(jì)數(shù)值為10 MOVCX，000AH A1：MOVDX，0FF81H；讀8251A的狀態(tài)字 INAL， DXH ANDAL，0

15、1H；查詢TXRDY是否有效 JZA1；無(wú)效，繼續(xù)查詢 MOVAL， DI；有效，向數(shù)據(jù)端口輸出一個(gè)字符 MOVDX，0FF80H OUTDX， AL INCSI；SI指向下一個(gè)發(fā)送字符 LOOPA1；CX0，繼續(xù)發(fā)送 MOVAH， 4CH；發(fā)送完畢，返回DOS INT21H CODEENDS ENDSTART 2. 接收器B的初始化程序STACK SEGMENTSTACK DW 64 DUP (?) STACKENDS DATASEGMENT DATAYDB10 DUP(?) DATAENDS CODESEGMENT ASSUMECS：CODE ，DS：DATASS：STACK2 START：MOVAX，STACK；段寄存器的裝入 MOVSS， AX MOVAX， DATA MOVDS，AX LEADI， DATAY；設(shè)置接收區(qū)首址 MOVDX，0FF81H；8251A控制器端口地址 MOVAL， 00H OUTDX， AL；輸出空操作 MOVAL， 40H OUTDX， AL；8251A內(nèi)部復(fù)位 NOP ；空操作 NOP MOVAL， 7EH；定義接收器為異步方式，8位數(shù)據(jù) OUTDX，AL；波特系數(shù)為16，偶校驗(yàn)，1位停止位 MOVAL，14H；允許接收，清除錯(cuò)